CN217421351U - 核电厂应急柴油发电机的数字化仪控设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种核电厂应急柴油发电机的数字化仪控设备，包括控制模块、人机接口模块以及数据处理模块，控制模块包括安全级控制单元、非安全级控制单元以及网关单元，安全级控制单元的第一输出端连接网关单元，安全级控制单元的第二输出端连接非安全级控制单元，网关单元和非安全级控制单元的输出端均连接至系统总线，并通过系统总线连接数据处理模块，数据处理模块的输出端通过管理总线连接人机接口模块。本申请提出的数字化仪控设备中数据处理模块配置历史记录功能，可记载1年以上的事件记录，便于事件发生时维护人员进行事故分析；采用人机交互模块，便于系统监测和控制；采用不同安全级别的仪控平台，有效避免单一故障问题。

Description

核电厂应急柴油发电机的数字化仪控设备

技术领域

本申请涉及核电站应急柴油发电机领域，特别是涉及核电厂应急柴油发电机的数字化仪控设备。

背景技术

作为核电厂应急安全电源，应急柴油发电机与核安全息息相关，在保证核安全方面发挥非常重要的作用。当核电站的工作电源和辅助电源发生故障时，应急柴油发电机可确保核电机组安全停堆，防止关键设备损坏，保护燃料元件不受损坏。

作为执行应急柴油发电机组控制和保护功能的模块，仪控系统是柴油发电机组的神经中枢，决定了柴油机运行安全性。经过数代技术演变，基于全数字化DCS/PLC仪控系统脱颖而出，成了目前柴油发电机仪控系统的主流。

目前，DCS/PLC仪控系统由安全级控制柜、非安全级控制柜以及网关柜组成。安全级控制柜中的处理器接收现场信号或远程启停指令，经过逻辑运算后输出柴油机保护动作信号；非安全级控制柜接收柴油机的现场测量信号和安全级控制柜的保护信号，部分信号经过阈值比较后产生设备指令，驱动现场设备并将相关报警和运行参数发送给安全控制显示设备显示和报警记录；网关柜主要用于接收现场总线信号，然后传送至非安全级控制柜。

现有技术中DCS/PLC仪控系统存在以下缺陷：

1.安全控制显示设备无法保存1年以上的事件；

2.系统无法采集1ms分辨率信号；

3.安全级控制柜主要面向保护功能，功能简单，不涉及的控制和显示等复杂功能；

4.安全控制显示设备的人机接口功能不够丰富且开发困难，记录和显示的信息不全面，人机交互和界面不友好；

5.安全控制显示设备造价高昂，设备停产替代困难，维护成本高。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种核电厂应急柴油发电机的数字化仪控设备，以解决现有技术中的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提出了一种核电厂应急柴油发电机的数字化仪控设备，其特征在于，包括控制模块10、人机接口模块20以及数据处理模块30，所述控制模块10包括安全级控制单元110、非安全级控制单元120以及网关单元130，所述安全级控制单元110的第一输出端连接所述网关单元130，所述安全级控制单元110的第二输出端连接所述非安全级控制单元120，所述网关单元130和所述非安全级控制单元120的输出端均连接至系统总线，并通过系统总线连接所述数据处理模块30进行运算和存储，所述数据处理模块30的输出端通过管理总线连接所述人机接口模块20。

进一步的，所述人机接口模块20包括显示器210、触摸显示单元220以及操作员站230，所述操作员站230通过管理总线连接所述数据处理模块30的输出端，所述操作员站230的输出端连接所述触摸显示单元220，所述显示器210连接所述数据处理模块30的输出端。

进一步的，所述安全级控制单元110的输出端与所述网关单元130形成环网连接。

进一步的，所述安全级控制单元110的输出端与所述网关单元130形成冗余环网连接。

进一步的，所述网关单元130包括至少两个网关131，所述网关131均与所述安全级控制单元110的输出端形成环网连接。

进一步的，所述安全级控制单元110包括至少两个安全级控制器111、安全级开关112以及安全级信号接口113，所述安全级控制器111的输入端分别连接所述安全级开关112和所述安全级信号接口113，对所述安全级开关112的操作信号和安全级信号接口113的输入信号进行计算和输出。

进一步的，所述非安全级控制单元120包括至少两个非安全级控制器121、非安全级开关122以及非安全级信号接口123，所述非安全级控制器121的输入端分别连接所述非安全开关122和所述非安全级信号接口123，对所述非安全开关122的操作信号和所述非安全级信号接口123的输入信号进行计算和输出。

进一步的，所述非安全级信号接口123采用SOE接口122。

进一步的，所述数据处理模块30包括互为冗余的服务器31，所述互为冗余的服务器31的输出端均连接至同一所述显示器210，所述互为冗余的服务器31的输入端均通过系统总线与所述网关单元130和所述非安全级控制单元120连接。

进一步的，所述维护单元40包括维护装置41和集线器42，所述维护装置41通过所述集线器42连接所述控制模块10和/或数据处理模块30。

本申请提出的核电厂应急柴油发电机的数字化仪控设备，服务器配置历史记录功能，可记载1年以上的事件记录，便于事件发生时维护人员进行事故分析；采用SOE接口，可实现1ms分辨率的数据采集要求；采用人机交互模块，支持手动操作、参数显示等功能，提高人机交互体验；采用不同安全级别的仪控平台，可根据平台特点实现相应的功能，有效避免单一故障和人因操作问题；采用环网网络通信和硬接线双模式传输安全级控制单元输出信号，输出功能更加强大；采用冗余服务器、安全级控制器、非安全级控制器以及网关，提高了系统运行稳定性。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了核电厂应急柴油发电机的数字化仪控设备的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

以下结合具体实施例对本实用新型作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本实用新型所要求保护的范围。

实施例

如图1所示，核电厂应急柴油发电机的数字化仪控设备包括控制模块10、人机接口模块20以及数据处理模块30。

其中，数据处理模块30包括服务器31，服务器31具有计算、实时处理以及历史存储等功能模块，通过扩充服务器硬盘容量可实现1年以上的数据记录功能，便于在事件发生时维护人员进行事故分析。

此外，为了提高系统可靠性，数据处理模块30采用冗余设计。具体来说，数据处理模块30包括互为冗余的服务器31，互为冗余的服务器31的输入端均通过系统总线连接控制模块10，采集控制模块10处理后的数据进行分析和存储，并传输至人机交互模块20进行显示。

在该申请的一个实施例中，人机接口模块20包括触摸显示单元220、操作员站230以及显示器210。其中，操作员站230通过管理总线连接数据处理模块30的输出端，操作员站230的输出端连接触摸显示单元220。数据处理模块30处理后的数据通过管理总线传递至操作员站230并在触摸显示单元220进行显示。显示器210均通过VGA(Video Graphic Array，视频图形阵列)接口连接互为冗余的服务器31。触摸显示单元220作为操作员站230的显示终端，可安装在数据处理模块30的柜门，实现手动操作、参数显示、工艺流程画面显示、事件记录、日志以及趋势查询等丰富友好的人机接口功能。

本申请中控制模块10包括安全级控制单元110和非安全级控制单元120。安全级控制单元110和非安全级控制单元120分别对不同安全级别的信号进行采集、处理和传送。安全级控制单元110采用核级DCS/PLC，非安全级控制单元120采用非核级DCS/PLC。采用安全和非安仪控系统平台的组合方式，符合柴油发电机仪控设备的整体要求，架构合理可靠，可有效避免单一故障和人因操作问题。

另外，控制模块10还设有网关单元130，利用网关单元130实现安全级控制单元110和非安全级控制单元120之间的部分数据通信，降低系统冗余度，同时减少硬接线数量。本申请的实施例中，安全级控制单元110输出的显示和报警等信号对数据传输时间没有严格要求，可通过网关单元130进行通信传输。

在该申请的一个实施例中，安全级控制单元110的输出端与网关单元130形成环网连接，环网连接保证了安全级控制单元110数据通信的安全性和可靠性。另外，为进一步提高系统通信的可靠性，安全级控制单元110的输出端与网关单元130之间设置冗余环网，当其中一个环网出现故障时，另一环网可保证数据传输正常运行。此外，网关单元130设有互为冗余的网关131，网关131均与安全级控制单元110的输出端形成环网连接。

此外，安全级控制单元110可通过硬接线连接与非安全级控制单元120传递信号，对于安全级控制单元110输出的现场仪表、传感器以及泵启停等逻辑控制信号可通过硬接线传递到非安全级控制单元120，降低信号传输延迟问题。

这样，采用网关和硬接线的方式对安全级控制单元110数据进行传输，可有效避免单一故障，保障系统安全，提高数据传输效率。

具体来说，安全级控制单元110第一输出端连接网关单元130；安全级控制单元110第二输出端连接非安全级控制单元120。网关单元130和非安全级控制单元120的输出端均连接至系统总线，并通过系统总线将信号传递至数据处理模块30中的冗余服务器31进行数据处理和存储。服务器31的第一输出端通过管理总线连接人机接口模块20进行显示；服务器31的第一输出端通过VGA接口连接人机交互模块20中的同一显示器210进行显示。

系统总线由各控制站节点和交换机搭建，用于实现安全级控制单元110和非安全级控制单元120向数据处理模块30的数据传输功能；管理总线由交换机和各控制站节点组成，实现数据处理模块30和人机接口模块20的数据交互。

在该申请的又一个实施例中，安全级控制单元110采用核级DCS/PLC，具体包括安全级控制器111、安全级开关112以及安全级信号接口113。安全级控制器111的输入端分别通过硬接线连接安全级开关112和安全级信号接口113，采集柴油机安全级相关信号和安全级开关操作信号并进行相应的计算处理和输出。其中，安全级相关信号包括但不限于报警信号、显示信号、现场仪表信号、传感器信号以及泵启停信号。优选的，安全级控制器111与安全级开关112可集成在同一机柜中，安全级开关112可实现柴油机手动控制操作或紧急启停。

另外，为提高系统可靠性，安全级控制单元110设有主从冗余安全级控制器111和单I/O。主从冗余安全级控制器111的输入端均通过单I/O连接安全级开关112和安全级信号接口113，主从冗余安全级控制器111的输出端连接网关单元130或/和非安全控制单元120。

非安全级控制单元120采用非核级DCS/PLC，具体包括非安全级控制器121、非安全级开关122以及非安全级信号接口123。非安全级控制器121的第一输入端通过硬接线分别连接非安全开关122和非安全级信号接口123。非安全级控制器121的第二输入端连接安全级控制器111。非安全级控制器121对非安全开关122、非安全级信号接口123以及安全级控制器111的信号进行处理，并通过系统总线连接服务器31。优选的，非安全级控制器121与非安全级开关122可集成在同一机柜中。

另外，为提高系统可靠性，非安全级控制单元120设有主从冗余非安全级控制器121和单I/O，主从非冗余安全级控制器121的第一输入端均通过单I/O连接非安全级开关122和非安全级信号接口123，主从冗余非安全级控制器121的输出端均连接系统总线。

在该申请的一个实施例中，非安全级信号接口123采用SOE接口，可实现1ms分辨率的采集要求，可用于传输具有事件记录功能要求的信号。优选的，安全级控制器111信号可通过SOE接口传输至安全级控制器111，以满足逻辑控制信号数据采集分辨率的要求。

为了便于系统维护，本申请的一个实施例中核电厂应急柴油发电机组数字化仪控设备还设有维护单元，实现对系统的软件下装、日常维护和定期试验等功能。维护单元40包括维护装置41和集线器42，维护装置41通过集线器42连接安全级控制器111的维护接口。另外，维护单元40还可通过管理总线连接到数据处理模块30中的服务器31或者通过系统总线连接到非安全级控制器121。优选的，维护装置41可包括一台移动PC。

从以上的描述中，可以看出，本申请提出的核电厂应急柴油发电机组数字化仪控设备实现了如下技术效果：①服务器配置历史记录功能，可记载1年以上的事件记录，便于事件发生时维护人员进行事故分析；②采用SOE接口，可实现1ms分辨率的数据采集要求；③采用人机交互模块，支持手动操作、参数显示等功能，提高人机交互体验；④采用不同安全级别的仪控平台，可根据平台特点实现相应的功能，有效避免单一故障和人因操作问题；⑤采用环网网络通信和硬接线双模式传输安全级控制单元输出信号，输出功能更加强大；⑥采用冗余服务器、安全级控制器、非安全级控制器以及网关，提高了系统运行稳定性；⑦设置维护单元实现对系统的软件下装、日常维护和定期试验。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

需要说明的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

Claims (10)

1.一种核电厂应急柴油发电机的数字化仪控设备，其特征在于，包括控制模块(10)、人机接口模块(20)以及数据处理模块(30)，

所述控制模块(10)包括安全级控制单元(110)、非安全级控制单元(120)以及网关单元(130)，所述安全级控制单元(110)的第一输出端连接所述网关单元(130)，所述安全级控制单元(110)的第二输出端连接所述非安全级控制单元(120)，所述网关单元(130)和所述非安全级控制单元(120)的输出端均连接至系统总线，并通过系统总线连接所述数据处理模块(30)进行运算和存储，

所述数据处理模块(30)的输出端通过管理总线连接所述人机接口模块(20)。

2.根据权利要求1所述的数字化仪控设备，其特征在于，所述人机接口模块(20)包括显示器(210)、触摸显示单元(220)以及操作员站(230)，所述操作员站(230)通过管理总线连接所述数据处理模块(30)的输出端，所述操作员站(230)的输出端连接所述触摸显示单元(220)，所述显示器(210)连接所述数据处理模块(30)的输出端。

3.根据权利要求1或2所述的数字化仪控设备，其特征在于，所述安全级控制单元(110)的输出端与所述网关单元(130)形成环网连接。

4.根据权利要求3所述的数字化仪控设备，其特征在于，所述安全级控制单元(110)的输出端与所述网关单元(130)形成冗余环网连接。

5.根据权利要求3所述的数字化仪控设备，其特征在于，所述网关单元(130)包括至少两个网关(131)，所述网关(131)均与所述安全级控制单元(110)的输出端形成环网连接。

6.根据权利要求1或2所述的数字化仪控设备，其特征在于，所述安全级控制单元(110)包括至少两个安全级控制器(111)、安全级开关(112)以及安全级信号接口(113)，所述安全级控制器(111)的输入端分别连接所述安全级开关(112)和所述安全级信号接口(113)，对所述安全级开关(112)的操作信号和安全级信号接口(113)的输入信号进行计算和输出。

7.根据权利要求1或2所述的数字化仪控设备，其特征在于，所述非安全级控制单元(120)包括至少两个非安全级控制器(121)、非安全级开关(122)以及非安全级信号接口(123)，所述非安全级控制器(121)的输入端分别连接所述非安全级开关(122)和所述非安全级信号接口(123)，对所述非安全级开关(122)的操作信号和所述非安全级信号接口(123)的输入信号进行计算和输出。

8.根据权利要求7所述的数字化仪控设备，其特征在于，所述非安全级信号接口(123)采用SOE接口。

9.根据权利要求2所述的数字化仪控设备，其特征在于，所述数据处理模块(30)包括互为冗余的服务器(31),所述互为冗余的服务器(31)的输出端均连接至同一所述显示器(210)，所述互为冗余的服务器(31)的输入端均通过系统总线与所述网关单元(130)和所述非安全级控制单元(120)连接。

10.根据权利要求1或2所述的数字化仪控设备，其特征在于，还包括维护单元(40)，所述维护单元(40)包括维护装置(41)和集线器(42)，所述维护装置(41)通过所述集线器(42)连接所述控制模块(10)和/或数据处理模块(30)。

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